KR20050058514A

KR20050058514A - 교반장치가 제공된 볼 밀 장치

Info

Publication number: KR20050058514A
Application number: KR1020057003164A
Authority: KR
Inventors: 아르민 가이거; 오라프 아이히슈태트; 엘리아스 뮈데스파허
Original assignee: 뷜러아게
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-06-16
Also published as: AU2003250719A1; US7374115B2; EP1534435B1; KR101066365B1; EP1534435A1; JP2006517852A; US20050211808A1; CN100374209C; CN1678400A; WO2004020098A1

Abstract

본원발명은 공지의 로터/고정자 구조 또는 분쇄챔버 구조 및 로터 속도에서, 공지된 교반식 볼 밀 장치보다 나은 분쇄효과를 얻기 위한 것으로서, 로터(21)가 회전 대칭체에 유사한 형태이고, 고정자(13,14,15)는 로터의 표면과 상보적인 형태인 분쇄실(9)의 내부 표면에 의해 형성되며, 로터(21) 및 고정자(13,14,15)가, 로터 및 고정자 각각의 전체 표면에 걸쳐 배치되어 각각의 표면으로부터 연장하여 처리공간 내부로 돌출하는 핀(22,23,24,25)을 구비하는 것을 주요 기술적 특징으로 한다.

Description

교반장치가 제공된 볼 밀 장치 {BALL MILL PROVIDED WITH AN AGITATOR}

본원발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 교반식 볼 밀 장치에 관한 것이다.

이러한 볼 밀 장치에는, 분쇄매체를 보유하는 분쇄실, 분쇄실에 배치되는 고정자 및 로터, 분쇄실로 또는 분쇄실로부터 분쇄물질을 공급 또는 배출시키기 위한 유입구 및 배출구, 및 분쇄실에서 배출구의 전단에 배치되는 분쇄매체 분리장치를 구비하고 있으며, 여기서 상기 분쇄매체 분리장치는 분쇄물질이 배출구를 통해 분쇄공간으로부터 배출되기 전에 분쇄물질에 동반하는 분쇄매체를 분쇄물질로부터 분리시키는데 사용된다.

교반식 볼 밀 장치는 식료품 및 크기가 나노미터 범위 이하인 미세 입자의 제조 분야에서 사용된다. 액체에 부유하는 입자는 분쇄실로 운송되고, 분쇄실 외부로 운송되기 전에 분쇄실 내에서 보조 분쇄매체에 의하여 분쇄되거나 분산된다. 이러한 습식 분쇄 과정 중에 분쇄물질의 유동에 의해 보조 분쇄매체가 교반식 볼 밀 장치 외부로 끌려나가 결과적으로 교반식 볼 밀 장치에 손실을 일으키고 분쇄물질을 오염시키게 되는 것을 방지하기 위하여, 보조 분쇄매체는 분리장치에 의해 분쇄실 내에 유지되게 된다. 이러한 분리장치로서는 분리 갭(separating gap), 그레이딩 스크린(grading screen) 또는 셀룰러 휠(cellular wheel)이 사용된다. 보조 분쇄매체로서는 기본적으로 강철, 유리, 세라믹, 또는 플라스틱으로 제조된 구형 부재가 사용된다. 분쇄실 내의 분쇄물질에 대한 기계적 분쇄력을 증가시키기 위하여, 공지된 교반식 볼 밀 장치의 로터 및/또는 고정자에는 분쇄실 내부로 향해 연장하는 핀이 제공된다. 결과적으로, 한편으로 작동되는 동안의 분쇄물질과 핀과의 충돌은 직접적으로 분쇄력에 기여하게 되며, 다른 한편으로 핀과 분쇄물질에 동반하는 (보조) 분쇄매체 간의 충돌 및 이에 따른 분쇄물질과 분쇄매체와의 충돌은 간접적으로 기여하게 된다. 최종적으로는, 분쇄물질에 작용하는 전단력 및 팽창력도 부유하는 분쇄물질의 입자를 분쇄시키는데 기여한다.

도 1은 본원발명에 따른 교반식 볼 밀 장치의 작동 위치에서의 사시도이다.

도 2는 도 1의 교반식 볼 밀 장치가 기울어져 있는 비작동 위치 또는 정비위치에서의 사시도이다.

도 3은 분리장치가 분해되어 있는, 본원발명에 따른 도 2의 교반식 볼 밀 장치와 유사한 교반식 볼 밀 장치의 확대 사시도이다.

도 4는 본원발명에 따른 도 1의 교반식 볼 밀 장치와 유사한 교반식 볼 밀 장치의 사시도이다.

도 5는 처리 영역이 개방되어 있는, 도 4의 교반식 볼 밀 장치의 사시도이다.

도 6은 본원발명에 따른 교반식 볼 밀 장치의 각 실시예에 사용된 교반기의 반쪽에 대한 단면도이다. 여기서 절단면은 교반기의 회전축 A-A를 포함하도록 선택되었다.

도 7은 도식적으로 도시된 교반기의 단면도로서, 로터가 내부 채널을 구비하여 분쇄매체의 순환이 이루어지는 것을 도시하고 있다.

본원발명의 목적은 상기한 로터/고정자 구조 또는 분쇄챔버 구조 및 상기한 로터 속도에서, 공지된 교반식 볼 밀 장치보다 나은 분쇄효과를 얻는 것이다.

이러한 목적은 청구범위 제1항에 따른 교반식 볼 밀 장치에 의해 달성된다.

기본적으로 로터가 회전 대칭체에 유사한 형태이며 고정자가 분쇄실의 상보적인 내부 표면에 의해 형성된다는 사실로 인해서, 분쇄물질로 에너지를 기계적으로 전달하기 위한 높은 힘의 집중, 처리 영역의 공간과 처리 영역의 체적간의 가능한 최대 비율, 및 이로 인한 습식 분쇄과정 중의 분쇄물질에 대한 최적의 냉각이 가능하게 된다.

로터와 고정자가 각각의 전체 표면에 걸쳐 분포되어 각각의 표면으로부터 처리 공간 내로 돌출하여 연장하는 핀을 구비하게 됨으로써, 전체 분쇄실 체적에 걸쳐 분포된 핀의 직접적 및 간접적 작용, 즉, 부유하는 분쇄물질 입자를 분쇄하는데 도움이 되는, 분쇄물질과 핀과의 충돌, 분쇄물질에 동반하는 분쇄매체와 핀과의 충돌, 및 분쇄물질과 분쇄매체로 이루어진 현탁액(suspension)에서 핀에 의해 야기되는 전단력 및 팽창력이 작용할 수 있게 된다.

전체적으로, 분쇄력이 향상되며, 동시에 분쇄도(grinding intensity) 및, 예를 들어 분쇄실에서 국부적인 과열에 따른 분쇄물질의 불필요한 변형이 균일하게 된다.

특히, 분쇄물질 유입구는 분쇄실의 반경방향 외부 영역에 배치되는 것이 바람직하며, 분쇄물질 배출구는 분쇄실의 반경방향 내부 영역에 배치되는 것이 좋다. 작동중에는, 보조 분쇄매체상에서, 로터의 회전축에 대한 로터의 회전에 기인하는 반경방향 바깥쪽의 원심력 성분과 외부로부터 반경방향으로 유입되는 분쇄물질 유동에 기인하는 반경방향 안쪽의 항력 성분 간의 평형이 이루어지게 된다. 분쇄물질의 유동은, 예를 들어 별도의 펌프 등에 의해 이루어지게 된다. 이와 같이 원심력이 작용하게 됨으로써 분쇄물질 배출구의 반경방향 내부에 위치하는 분리장치에 대한 "동적인" 완화(dynamic relief)가 이루어지게 된다. 즉, 보조 분쇄매체의 대부분이 다소 정지된 상태로 처리영역의 반경방향 외부 영역에 부유하여, 보조 분쇄매체의 군(swarm)을 형성하게 되고, 분쇄물질은 이러한 분쇄매체의 군을 통해 공급되게 된다. 처리과정에서 처리영역의 반경방향 내부영역에 도달하는 극히 소수의 보조 분쇄매체는 분리장치에 의해 붙잡히게 된다. 결과적으로, 분리장치가 보호되어 마모를 적게 받게 된다.

로터는 기본적으로 원뿔대와 유사한 형상을 가질 수 있으며, 이 때 분쇄물질 유입구는 분쇄실의 넓은 원뿔대 단부 영역에 배치되고, 분쇄물질 배출구는 좁은 원뿔대 단부 영역에 배치된다. 대안으로서, 로터는 또한 이중 원뿔대 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 두 가지 경우 모두에 있어서, 분쇄물질은 반경방향 외부로부터 반경방향 내부로 공급되는 것이 바람직하다.

또 다른 대안으로서, 로터가 기본적으로 원통형으로 형성될 수도 있다. 여기서 분쇄물질 유입구는 원통의 일 단부에 배치되고 분쇄물질 배출구는 원통의 타 단부에 배치되며, 분쇄물질은 기본적으로 로터의 원통형 재킷을 따라 처리영역을 통해 나선형으로 운송된다.

또 다른 실시예에서는, 로터가 기본적으로 디스크 형태로 이루어진다. 여기서 여기서 분쇄물질 유입구는 분쇄실의 반경방향 외부 주변영역에 배치되고 분쇄물질 배출구는 분쇄실의 반경방향 내부 축방향 영역에 배치되어, 분쇄물질이 외부로부터 내부로 처리영역을 통과하여 유동하게 된다. 여기서도 마찬가지로, 동작 중에는 원심력 성분과 항력 성분간의 상기한 평형이 보조 분쇄매체에 형성된다. 외부로부터 공급된 분쇄물질은 다시 반경방향 내부의 분리장치에 대해 "동적인" 완화를 제공한다.

디스크형 로터가 그 주변 표면이 아닌 양쪽의 평평한 디스크 면상에 모두 핀을 구비하는 것이 특히 바람직하다. 작동 중에는 반경방향 최외부에 놓인 핀이 다른 모든 핀들 중에서 제일 속도가 빠르게 된다. 보조 분쇄매체의 대부분이 반경방향 외부에 부유하므로, 분쇄효과의 대부분은 처리 영역의 이러한 주변영역에서 이루어지게 되어, 핀을 구비하지 않은 교반식 볼 밀 장치에 비해 디스크 가장자리에서의 분쇄력이 명백히 증가하게 된다.

고정자와 로터 및 분리장치를 구비하는 분쇄실은 분리장치가 높은 위치에 도달하도록 선회 위치로 선회될 수 있는 것이 바람직하며, 여기서 이러한 위치는 전체 분쇄실 중에서 가장 높은 위치인 것이 바람직하다. 이로써 보조 분쇄매체 또는 제품을 빼내지 않고도 분리장치를 제거하는 것이 가능하게 되는데, 선회된 위치에서는 보조 분쇄매체가 분리장치의 높이까지 팽창하지 않기 때문이다. 또한, 이로 인해 교반식 볼 밀 장치에, 예를 들어 스포크 휠(spoke wheel), 패들 휠(paddle wheel), 또는 셀룰러 휠(cellular wheel)과 같이 스포크 또는 리프(leak)형태의 부재를 구비한 회전 가능한 분리장치를 사용하는 것이 가능하게 되며, 여기서 분리장치의 분리효과는 오직 분리장치가 회전하기 시작해야만 나타나게 된다. 본원발명에 따라 처리 영역이 선회할 수 있으므로, 이러한 경우에는 분리장치가 처리 영역이 기울어져 있는 동안에 작동될 수 있도록 구성될 수 있으며, 분리장치는 높은 위치에 위치하게 된다. 작동이 끝나면, 처리영역이 조작 설치위치로 기울여지고, 여기서 보조 분쇄매체는 분리작용을 하는 분리장치에 도달하게 된다.

전체 분쇄실 용적의 50% 내지 100%가 선회 위치에서 분리장치의 하부에 놓이게 되면, 교반식 볼 밀 장치에 있는 분쇄매체의 양에 따라, 정지상태에서는 작동을 하지 않는 "회전식" 분리장치의 사용으로 인해 또는 분리장치의 분해로 인한 부재(lack)로 인해 보조 분쇄매체가 분쇄실 외부로 떨어지게 되는 현상이 일어나지 않게 된다.

분리장치의 선회된 높은 위치는 선회를 통해 도달할 수 있는 교반식 볼 밀 장치의 가장 높은 위치가 바람직하다. 이로써 분리장치로의 접근이 용이하게 된다. 또한 분리장치 상에 또는 분리장치 내에 위치하는 보조 분쇄매체는 아무 문제없이 분리장치의 분해과정 중에 유입구를 통해 분쇄실로 흘러나가거나 들어갈 수 있다.

선회위치는 교반식 볼 밀 장치의 비작동 위치가 바람직하다. 교반식 볼 밀 장치의 작동위치에서는 로터의 회전축이 기본적으로 수평으로 배치된다.

분리장치는 바람직하게 교체될 수 있다. 예를 들어, 자기 정화 그레이딩 스크린(self-cleaning grading screen) 또는 패달 휠일 수 있다

또 다른 실시예에서는, 로터가 로터의 반경방향 내부에 배치된 구멍과 반경방향 외부에 배치된 구멍을 구비하는 중공형 로터로 구성된다. 작동 중에, 보조 분쇄매체는 로터 내부에서 로터의 원심작용에 의해 반경방향 내부 구멍으로부터 반경방향 외부구멍 중 하나로 분쇄물질 유동 부분과 함께 운송되고, 분쇄물질 유입구의 펌프 작용에 의해 로터의 외부에서 반경방향 외부 구멍으로부터 반경방향 내부 구멍으로 전체 분쇄물질 유동과 함께 운송되고, 이로써 보조 분쇄매체는 교반식 볼 밀 장치 내부를 순환하게 된다.

반경방향 내부 구멍은 로터에서의 내부 반경(Ri)으로 원주방향으로 연장되며, 반경방향 외부 구멍은 로터에서의 외부 반경(Ra)으로 원주방향으로 연장된다. 이로써 보조 분쇄매체가 분쇄물질 유동의 일부와 함께 로터의 공동으로 유입되는 것과 보조 분쇄매체가 분쇄물질 유동의 일부와 함께 로터의 공동으로부터 배출되는 것이 용이하게 된다.

특히 바람직한 실시예에서는, 중공의 로터에 내부 채널이 형성되는데, 이러한 내부 채널은 각각 반경방향 내부 구멍과 반경방향 외부 구멍 간의 유체 연결통로를 형성한다. 로터의 내부에 배치되는 이와 같은 스포크 형태의 채널은 보조 분쇄매체에 강한 원심력이 작용하게 하여, 보조 분쇄매체가 효과적으로 귀송될 수 있게 한다.

본원발명의 다른 장점, 기술적 특징, 및 적용 가능성은 도면에 기초하는 예시적인 실시예의 설명에 의해 알 수 있다. 이러한 실시예에 의해 본원발명이 제한되는 것은 아니다.

도 1은 수평의 로터 회전축으로 작동하는, 본원발명에 따른 교반식 볼 밀 장치를 도시하고 있다. 교반식 볼 밀 장치는 수직 부재(2)에 고정되어 있으며, 상기 수직 부재는 엔진 브래킷(1)에 연결되어 있다. 모터(3)는 벨트 트랜스미션(4)에 의하여 풀리(5)를 구동시키며, 이 풀리는 교반식 볼 밀 장치의 로터(21)(도 5 참조)에 고정되어 있어서 클래딩(cladding; 8) 아래 배치된 베어링(6)(도 4 참조)에 위치한 축을 통해 회전할 수 없게 된다. 회전식으로 구동하는 로터(21)는 분쇄실(9) 내에서 회전한다. 분쇄될 분쇄물질은 분쇄실(9)상에서 반경방향 바깥쪽의 반경방향으로 배치된 분쇄물질 유입구(11)를 통하여 분쇄실(9)로 유입되며, 분쇄실상에서 반경방향 안쪽의 축방향으로 배치된 분쇄물질 배출구(12)를 통해 분쇄실(9)에서 배출된다. 분쇄실은 기본적으로 세 개의 부분으로 구성되는데, 제 1 평면 분쇄실벽(13), 분쇄실 주위를 둘러싸는 곡면 분쇄실벽(14), 및 제 2 평면 분쇄실벽(15)이 그것이다. 곡면 분쇄실벽(14) 및 제 2 평면 분쇄실벽(15)은 단일한 유닛을 형성하도록 서로 고정 연결되어 있다. 이러한 유닛(14,15)은 힌지(10)에 의하여 제 1 평면 분쇄실벽(13)에 결합된다. 또한, 원통형 스크린 재킷(cylindrical screen jacket; 16)은 제 2 평면 분쇄실벽(15)상에서 축방향 바깥쪽으로 돌출하여 중앙에 배치되도록 제 2 평면 분쇄실벽(15)에 고정 연결된다. 이러한 스크린 재킷(16)의 내부에는 원통형 그레이딩 스크린(grading screen) 형태인 분리장치(18)가 배치된다(도 3 참조). 분쇄 물질 배출구(12)는 축방향으로 연장하는 파이프로서 형성되며, 원통형 그레이딩 스크린(18) 내부로 연결된다. 분쇄물질 배출구(12)의 바깥쪽에는 아랫방향으로 기울어져 연장되는 홈(17)이 배치되며, 분쇄물질 및 분쇄매체는 이 홈에 의해 처리 영역으로부터 제어된 방식으로 배출될 수 있다.

도 2는 로터가 수직 회전축을 갖는, 도 1의 발명에 따른 교반식 볼 밀 장치를 도시하고 있다. 도면 부호 및 이에 대한 구성요소는 도 1에서와 동일하다. 명백히, 도 2에 도시된 교반식 볼 밀 장치의 모든 기능적 요소들(3 내지 17)은 수평 선회축에 90°로 기울어져 있다. 오직 엔진 브래킷(1)과 수직부재(2)만이 도 1과 동일한 위치에 있다. 이와 같이 기울어진 위치에서는, 스크리 재킷(16)으로의 접근이 더욱 용이해지므로, 유지 및 정비과정 동안에 그레이딩 스크린(18)의 분해 및 장착이 더욱 용이하게 된다. 또한, 그레이딩 스크린에 부착되거나 이에 박힌 보조 분쇄매체(도시되지 않음)가 쉽게 분리되거나 떼어져 분쇄실(9)로 들어갈 수 있게 된다.

도 3은, 도 2의 기울어진 교반식 볼 밀 장치를 약간 확대하여 도시하고 있다. 도면 부호 및 이에 대한 구성요소는 도 1 및 도 2에서와 동일하다. 또한, 그레이딩 스크린(18)이 분리된 상태로 도시되어 있다. 도 3에서 알 수 있듯이, 원통형 그레이딩 스크린(18)의 상부 가장자리에는 구멍을 구비한 플랜지(19)가 배치되어 있으며, 이러한 플랜지는 재설치 과정에서 그레이딩 스크린(18)을 스크린 재킷(16)에 나사(20)로 고정시키는데 사용된다. 그레이딩 스크린(18)은 로터의 회전축인 수평인 작동위치에서는(도1 참조) 사전 작업 없이는 분해 및 설치될 수 없다. 분쇄 공간의 내용물 및, 특히, 분쇄매체가 먼저 배출되어야만 한다.

또한, 본원발명에 따라 교반식 볼 밀 장치가 기울어지게 됨으로써, "수동적" 그레이딩 스크린이 아닌 분리 장치, 예를 들어 셀룰러 휠(cellular wheel) 또는 패달 휠(paddle wheel)을 사용하는 것이 가능하게 된다. 이러한 분리장치는 작동중에, 즉 오직 회전중에만 보조 분쇄매체를 분리시킬 수 있다. 만약 이러한 "능동적" 분리장치를 구비하는 교반식 볼 밀 장치를 정지시키는 것이 목적이라면, 상기 볼 밀 장치는 미리 수직의 회전축을 갖는 수직 위치로 기울여질 수 있다. 반대 과정은 재시동 과정 중에 일어나게 된다. 교반식 볼 밀 장치가 아직 기울어져 있는 동안 로터 및 "능동적" 분리장치가 먼저 수직 회전축으로 회전하게 되어, 그 결과 "능동적" 분리장치의 분리작용이 다시 복원되고, 이후 교반식 볼 밀 장치가 수평 회전축을 갖는 수평 작동 위치로 다시 기울어지게 된다.

도 4는 도 1과 비교하여 약간 확대된, 본원발명에 따른 교반식 볼 밀 장치를 도시하고 있다. 도면 부호 및 이에 대한 구성요소는 도 1, 도 2, 및 도 3에서와 동일하다. 도 1에서와 다르게, 클래딩(8)이 제거되어 있어서, 구동축에 대한 베어링(6) 및 엔진부의 캐리어(7)가 드러나 있다.

도 5는 도 4의 교반식 볼 밀 장치를 개방된 처리영역, 즉, 분쇄실(9)이 개방된 상태로 도시하고 있다. 분쇄실(9)은 제 2 평면 분쇄실벽(15), 곡면 분쇄실벽(14), 및 스크린 재킷(16)을 포함하고 힌지(10)에 의해 제 1 평면 분쇄실벽(13)에 결합된 유닛(14,15,16)을 회전시킴으로써, 제 1 평면 분쇄실벽(13)으로부터 개방된다. 여기서는 구동축에 나사결합되어 회전할 수 없는 디스크형 로터(21)가 도시되어 있는데, 이 로터의 평평한 표면에는 핀(22)이 설치되어 있고 곡면 가장자리에는 추가 핀(23)이 원주방향을 따라 설치되어 있다. 고정자의 표면, 즉 처리공간을 향하는 분쇄실벽(13,15)의 측면상에는, 핀(22)에 마주하여 이에 대해 반경방향으로 이동된 핀이 배치되어 있다. 회전식으로 개방되는 유닛(14,15,16)의 중앙에는 스크린 재킷(16)의 내부에 동심적으로 배치된 그레이딩 스크린(18)이 도시되고 있다. 또 하나의 특징은 핀(26)에 있는데, 이 핀은 역시 로터 디스크(21)상에 배치되어 있으나 분쇄실벽(15)을 향한 면에만 배치되어 정지된 분리장치 주변에 정화용 난류를 발생시킨다. 이러한 스크린 정화용 핀(그 길이는 대략 그레이딩 스크린의 원통 길이와 같다)은 로터 디스크(21)의 중간지점 주변에 대략 동심적으로 배치되어 각각의 정화용 핀 및 로터의 회전축에 평행하게 연장되어 있어서, 분쇄실을 밀폐하면, 즉 유닛(14,15,16)이 닫히도록 회전시키면 그레이딩 스크린(18)과 스크린 재킷(16) 사이의 간극 안으로 연장되게 된다. 분쇄실벽의 모든 구성요소, 즉 제 1 평면 분쇄실벽(13), 곡면 분쇄실벽(14), 및 제 2 평면 분쇄실벽(15)은 스크린 재킷(16)과 함께 냉각 통로(도시되지 않음)를 구비한다. 로터 디스크(21)에는 두 개의 반쪽 처리 공간을 서로 연결하는 구멍(27)이 배치되어 있는데, 이러한 구멍은 스크린 정화용 핀(26)과 로터 디스크(21) 사이의 연결지점 근방에서 로터 디스크(21)의 중간지점 주위에 동심적으로 위치한다.

작동에 있어서는, 분쇄될 제품(예를 들어 분쇄될 입자가 있는 현탁액(suspension))이 유입구(11)를 통해 구동 로터 디스크(21)가 회전하는 분쇄실(9)로 공급된다. 분쇄매체(도시되지 않음)와 로터 디스크(21)상에 있는 핀(22,23) 및 고정자상에 있는 핀(24,25) 간의 상호작용에 의해 제품에 부유하는 입자가 분쇄된다. 외부로부터 공급되어 처리공간을 지나면서 이와 같은 방식으로 분쇄되거나 쪼개진 제품은 최종적으로 그레이딩 스크린(18)과 스크린 재킷(16) 사이의 간극에 도달하며, 그레이딩 스크린(18)을 통과하여 배출구(12)로 보내진다. 분쇄실(9) 내의 높은 원심력장(centrifugal field)과 분쇄물질에 비해 높은 밀도에도 불구하고 일부 분쇄매체가 "바람직하지 않은" 충돌 및/또는 분쇄물질 유동에 의한 동반(entrainment)에 의하여 그레이딩 스크린까지 도달하게 되더라도, 이러한 분쇄매체는 그레이딩 스크린에 의해 걸러지게 된다. 정지하고 있는 그레이딩 스크린(18)의 표면상에서 로터의 회전속도로 그레이딩 스크린에 대해 회전하는 스크린 정화용 핀(26)으로 인해, 분쇄물질은 그레이딩 스크린의 표면에 대한 접선방향 속도로 강력하게 소용돌이치게 된다. 이로써 그레이딩 스크린에는 침착(deposit) 및 교착(conglutination)이 발생하지 않게 된다. 또한, 그레이딩 스크린에서 분쇄물질이 보조 분쇄매체에 축적되는 현상 및 그레이딩 스크린에 박히게 되는 현상이 방지된다.

도 6은 본원발명에 따른 교반식 볼 밀 장치의 각 실시예에 사용된 교반기의 반쪽 측면도를 도시하고 있다. 여기서, 절단면은 교반기의 회전축 A-A이 절단면에 놓이도록 선택되었다. 또한 회전축 근방에 있는 교반기의 반경방향 내부 영역은 삭제되었는데, 이는 이러한 영역에서의 구성은 도면에 도시된 교반기에 별 영향을 주지 않기 때문이다.

디스크형 로터(21) 전체에는 축방향으로 평행한 핀(22)이 산재되어 있다. 이러한 핀은 로터 디스크(21)의 축방향으로 평행한 구멍에 끼워넣어지거나 나사결합되거나 또는 고정되어, 로터 디스크(21)의 양 측면상에서 분쇄실로 돌출되어 있다. 또한 로터 디스크(21)의 외부 가장자리상에는 반경방향 외부로 연장되는 핀(23)이 원주방향을 따라 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 고정자 또는 분쇄영역 케이싱은 제 1 평면 분쇄실벽(13), 곡면 분쇄실벽(14), 및 제 2 평면 분쇄실벽(15)에 의하여 형성된다(도 5 참조). 두 개의 평면 분쇄실벽(13,15)에는 분쇄영역으로 연장되는 핀(24,25)이 구비되어 있는데, 이러한 핀은 로터 디스크(21)의 핀에 대해 오프셋(offset)되어 있다. 로터 디스크(21)의 외부 가장자리상에 배치된 반경방향 핀은 전체 분쇄성능에서 큰 부분을 차지한다. 이는 이러한 핀(23) 및 분쇄물질이 이와 같은 반경방향 최외각 영역에서 매우 높은 속도를 갖게 되어, 이러한 위치에서 핀(23)과 분쇄물질 또는 보조 분쇄매체 간에 큰 에너지가 사용되기 때문이다. 상기한 분쇄실벽(13,14,15)의 분쇄영역측면에는 피복층(28,29,30)이 구비되어 있는데, 이러한 피복층은 내 마모성 물질로 이루어져 있다. 또한, 마모가 크게 일어나게 되면, 핀(22,23,24,25)이 이상적으로 교체될 수 있다. 제 2 평면 분쇄실벽(15)의 회전축 A-A을 향하는 측면에는 스크린 재킷(16)의 일부만이 도시되어 있는데, 이러한 스크린 재킷은 그레이딩 스크린(18)을 덮고 있다(도 5 참조).

도 7에는 도식적으로 묘사된 교반기의 단면을 도시하고 있다. 이 교반기에서는 로터가 내부 채널을 구비하여 분쇄매체가 도시된 화살표방향으로 순환할 수 있게 되어 있다. 이를 명확하게 나타내기 위하여, 도 6에 도시된 본원발명의 핀(22,23,24,25)은 도 7에서 생략되었다. 로터(21) 전체에는 회전축 A-A로부터 반경방향으로 거리(Ri)를 두고 떨어져 있는 반경방향 내부 구멍(21a)이 적어도 하나 이상 형성되어 있으며, 또한 회전축 A-A로부터 반경방향으로 거리(Ra)를 두고 떨어져 있는 반경방향 외부 구멍(21b)이 적어도 하나 이상 형성되어 있다. 이러한 내부 구멍(21a)과 외부 구멍(21b) 사이에는 로터(21) 내부의 통로(21c)를 통해 유동 통로가 형성된다. 고정자는 분쇄실벽(13,14,15)에 의하여 형성된다(도 5 참조). 작동 중에는 분쇄물질 내에 분포된 분쇄매체(점으로 도시되었음)에 항력 및 관성력이 작용한다. 출발점을 형성하는 로터(21)와 분쇄실벽(13,15) 사이의 분쇄공간에서, 분쇄매체는 분쇄물질 유입구(11)를 통해 외부로부터 반경방향으로 분쇄공간 내로 공급되는 분쇄물질과 함께 분쇄실벽(13)과 로터(21) 또는 분쇄실벽(13)과 분쇄실벽(15)에 의해 형성된 통로를 통해 내부로 끌려들어가게 된다. 이는 분쇄매체에 작용하는 반경방향 내부로 향하는 분쇄물질 유동의 항력이 그 곡면 경로상에서 반경방향 외부로 향하는 분쇄매체의 원심력보다 크기 때문이다. 작동 중에 통로(21c)("원심성 채널") 및 로터(21)에서의 상호관계는 이와는 정반대이다. 분쇄매체에는, 반경방향 외부로 향하는 원심력과 함께, 반경방향 외부로 원심력 작용을 받는 분쇄물질의 반경방향 외부로 향하는 항력이 작용하고, 그 결과 분쇄매체는 반경방향 외부로 끌려가게 된다. 결과적으로, 언제나 분쇄공간의 반경방향 내부 영역으로 들어온 분쇄매체는 다시 반경방향 외부로 운송되게 된다. 이로써 반경방향 내부의 분리장치(도시되지 않음)상에 분쇄매체가 축적되는 것이 방지되어, 분리장치의 폐색, 분쇄공간의 과도한 마모, 및 분쇄공간의 반경방향 내부 영역에서의 분쇄물질의 과열이 방지된다.

로터가 회전 대칭체에 유사한 형태이고, 고정자가 로터의 표면과 상보적인 형태인 분쇄실의 내부 표면에 의해 형성되며, 로터 및 고정자가 로터 및 고정자 각각의 전체 표면에 걸쳐 배치되어 각각의 표면으로부터 연장하여 처리공간 내부로 돌출하는 핀을 구비하는, 본원발명에 따른 교반식 볼 밀 장치는, 공지의 로터/고정자 구조 또는 분쇄챔버 구조 및 로터 속도에서, 공지된 교반식 볼 밀 장치보다 나은 분쇄효과를 얻을 수 있으므로 식료품 및 크기가 나노미터 범위 이하인 미세 입자의 제조 분야에서 사용이 유망시된다.

Claims

분쇄매체를 보유하는 분쇄실; 분쇄실에 배치되는 고정자 및 로터; 분쇄실로 또는 분쇄실로부터 분쇄물질을 공급 또는 배출시키기 위한 유입구 및 배출구; 및 분쇄실에서 배출구의 전단에 배치되며, 분쇄물질이 배출구를 통해 분쇄공간으로부터 배출되기 전에 분쇄물질에 동반하는 분쇄매체를 분쇄물질로부터 분리시키기 위하여 사용되는 분쇄매체 분리장치를 구비하는 교반식 볼 밀 장치에 있어서,

로터(21)는 회전 대칭체에 유사한 형태이고, 고정자(13,14,15)는 로터의 표면과 상보적인 형태인 분쇄실(9)의 내부 표면에 의해 형성되며,

로터(21) 및 고정자(13,14,15)가, 로터 및 고정자 각각의 전체 표면에 걸쳐 배치되어 각각의 표면으로부터 연장하여 처리공간 내부로 돌출하는 핀(22,23,24,25)을 구비하는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 1 항에 있어서,

분쇄물질 유입구(11)가 분쇄실(9)의 반경방향 외부 영역에 배치되고, 분쇄물질 배출구(12)가 분쇄실(9)의 반경방향 내부 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

로터의 형상이 원뿔대 형태이며,

분쇄물질 유입구는 분쇄실의 넓은 원뿔대 단부 영역에 배치되고, 분쇄물질 배출구는 분쇄실의 좁은 원뿔대 단부 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

로터의 형상이 이중 원뿔대 형태이며,

분쇄물질 유입구는 분쇄실의 넓은 원뿔대 단부 영역에 배치되고, 분쇄물질 배출구는 분쇄실의 좁은 원뿔대 단부 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

로터의 형상이 디스크(21) 형태이며,

분쇄물질 유입구(11)는 분쇄실(9)의 반경방향 외부의 주변영역에 배치되고, 분쇄물질 배출구(12)는 분쇄실(9)의 반경방향 내부의 축방향 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 디스크(21)가 두 개의 평평한 디스크 표면 모두에 핀(22,23)을 구비하는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

고정장(13,14,15)와 로터(21) 및 분리장치(18)를 구비한 분쇄실(9)이, 분리장치(18)가 전체 분쇄실 체적에서 가장 높은 위치에 도달하도록, 선회위치로 선회될 수 있는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 선회위치는 교반식 볼 밀 장치의 비작동 위치인 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

로터의 회전축이 교반식 볼 밀 장치의 작동 위치에서 수평으로 배치되는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

로터의 회전축이 교반식 볼 밀 장치의 비작동 위치에서 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

분쇄실 용적의 최대부분이 전체 분쇄실 용적의 50% 내지 100%를 차지하는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

분리장치(18)의 최고 위치는 분리장치가 선회에 의하여 도달할 수 있는 가장 높은 위치인 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

분리장치(18)가 교체될 수 있는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

분리장치(18)가 자기 정화 그레이딩 스크린(26)인 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

분리장치가 패들 휠인 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

분리장치가 분리 갭인 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 2 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

로터가(21) 로터(21)의 반경방향 내부에 배치되는 하나 이상의 구멍(21a)과 로터(21)의 반경방향 외부에 배치되는 하나 이상의 구멍(21b)을 구비하는 중공형 로터이며,

작동 중에, 보조 분쇄매체는 로터(21) 내부에서 로터(21)의 원심작용에 의해 반경방향 내부 구멍(21a)으로부터 반경방향 외부 구멍(21b)으로 분쇄물질 유동 부분과 함께 운송되고, 분쇄물질 유입구의 펌프 작용에 의해 로터(21)의 외부에서 반경방향 외부 구멍(21b)으로부터 반경방향 내부 구멍(21a)으로 전체 분쇄물질 유동과 함께 운송되고, 이로써 보조 분쇄매체가 교반식 볼 밀 장치 내부를 순환하게 되는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 17 항에 있어서,

반경방향 내부 구멍(21a)은 로터(21)에서의 내부 반경(Ri)으로 원주방향으로 연장되며, 반경방향 외부 구멍(21b)은 로터(21)에서의 외부 반경(Ra)으로 원주방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.
제 17 항 또는 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

중공의 로터(21)에 내부 채널(21c)들이 형성되며, 상기 내부 채널들은 각각 하나 이상의 반경방향 내부 구멍(21a)과 하나 이상의 반경방향 외부 구멍(21b) 간의 유동 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 교반식 볼 밀 장치.